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二极管知识学习報告,报告者：胡国光,时间：2012-9-12,一. 半导体的基础知识,.半导体材料：硅（Si）锗（Ge）等元素 .电阻率：（=RS/L） 1）导体：10（-6） 10（-3） 2）半导体：10（-3） 10（8） 3）绝缘体：10（8） 10（20） .空穴的概念： 电子挣脱共价键束缚成为自由电子，共价键留下空位叫空穴。空穴是半导体区别于导体一个重要特点。 .杂质半导体分类 P型：掺入少量三价元素杂质（受热激发易产生空穴导电） N型：掺入少量五价元素杂质（受热激发易产生电子导电）,二. PN结形成及特性,图（1）,图（2）,. PN结形成,P与N区的空穴与电子存在浓度差，根据 扩散原理浓度高处向浓度低处进行扩散。在P 与N区交界区，电子与空穴最易扩散并中和，留下不能移动的带电粒子（N区带正电荷，P区带负电荷），形成图2中空间电荷区称为PN结。,. 扩散运动与漂移运动,扩散运动是由P与N区的电子和空穴浓度差引起的，这也形成PN结的原因。空间电荷区的内电场阻止扩散运动。 漂移运动是少数载流子（N区空穴，P区电子）在内电场作用下进行运动。运动方向与扩散运动方向相反。于是它的作用是使PN结变薄。,三. PN结的单向导电性,(1) PN结加正向电压,当外加正向电压，即电源的正负端分别接P型和N型半导体时，外加电场的方向与内建电场E的方向相反，相应的阻挡层宽度减小，这样就打破了扩散运动的和漂移运动的动态平衡，其中扩散运动起主要作用，形成扩散电流。 PN结呈现低阻性。P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压， 简称正偏。,外加反向电压,方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时PN结区的少子在内电场的作用下形成的漂移电流大于扩散电流，可忽略扩散电流，PN结呈现高阻性。 P区的电位低于N区的电位，称为加反向电压，简称反偏。,总结： PN结具有单向导电性，若外加电压使电流从P区流到N区， PN结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流不能通过。,（2）PN结加反向电压,四.半导体二极管结构类型及特性,在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。它们的结构示意图如图110所示。,PN结面积大，用 于工频大电流整流电路。,往往用于集成电路制造工 艺中。PN 结面积可大可小，用 于高频整流和开关电路中。,PN结面积小，结电容小， 用于检波和变频等高频电路。,集成电路中平面型,(1) 正向特性,硅二极管的死区电压Vth=0.50.8V左右， 锗二极管的死区电压Vth=0.20.3 V左右。,当0VVth时，正向电流为零，Vth称死区电压或开启电压。,正向区分为两段：,当V Vth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。,(2). 半导体二极管的参数,(a) 最大整流电流IF,(b) 反向击穿电压VBR,二极管连续工作时，允许流过的最大正向整流电流的平均值。工作时应使平均工作电流小于, 如超过, 二极管将过热而烧毁。此值取决于结的面积、材料和散热情况。,二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。,(d) 正向压降VF,在规定的正向电流下，二极管的正向电压降。硅二极管约0.60.8V；锗二极管约0.20.3V。,(e) 最高工作频率f,的值主要取决于结结电容的大小, 结电容（势垒电容与扩散电容）越大, 则二极管允许的最高工作频率越低。,(c) 反向电流IR,未击穿时反向电流（少数载流子漂移），值愈小，二极管单向导电性愈好。温度升高时，热激发强，反向电流急增。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。,(a)整流二极管：多用硅半导体材料制成，有金属封装和塑料封装两种，整流二极管是利用PN结的单向导电性，把交流电变成脉动的直流电，多用在电源电路中。 (b)检波二极管：检波的作用是把调制在高频电磁波上的低频信号检出来，它是利用二极管的非线性，检波二极管要求结电容小，反向电流小，必须有良好的高频特性。 (c)稳压二极管：一种齐纳二极管，正常工作区为PN结的反向击穿区，其特点是反向电流在一定的范围内变化时稳压管两端的电压几乎不变。注意的是，稳压管的电流一定要工作在稳压区，但电流也不能无限制增大，必须串联一定的限流电阻，其作用是限制稳压管的反向电流，防止因电流过大致使PN结结温过高而烧坏。 (d)开关二极管：利用二极管的单向导电性，在正偏状态下电阻很小，约几十欧；在反偏下呈截止状态，电阻很大，在几十千欧以上，利用二极管的这一特性，在电路中对电流进行控制，可起到“接通”或“关断”的开关作用，要求它的开关速度非常高，广泛应用在脉冲电路和自动控制电路中。,(3). 几种常见的二极管：,(e)变容二极管：它是利用PN结的空间电荷层具有电容特性的原理，特点是电容随管子上的反向电压大小而变化，它可以取代可变电容器，广泛用在振荡电路和谐振电路中，如高频头、压控振荡器等，它必须工作在反偏状态。 (f)阻尼二极管：它具有高频高压整流二极管特性，反向恢复时间小，能承受较高的反向电压和较大的峰值电流，多用于电视机中的行扫描电路。 (g)发光二极管：它通常用砷化镓、磷化镓等半导体材料制成，它在通过正向电流是会发光，发光的颜色取决于所用的材料，可发出红、黄、绿及红外光，它广泛应用于数码指示、电气设备的工作状态指示和遥控发射二极管。 (h)光电二极管：它工作时加上反向电压，在光照射时产生光电流，光电流随着光照强度的增强而上升。它广泛应用在光传感器中，如背投电视中的自动汇聚调整。,例题：,1、限幅电路：它是用来让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。,一限幅电路如图所示，R=1K，VREF=3V。当Ui=6sint(V)时，利用恒压降模型绘出相应的输出电压UO的波形。二极管的恒压降为0.7V。,Ui3.7V时D导通， UO=0.7+3=3.7V,五、二极管应用举例,2、开关电路：利用二极管的单向导电性以接通或断开电路，这在数字电路中广泛应用。,例题：,二极管开关电路如图所示，当Ui1和Ui2为0V或5V时，求Ui1和Ui2的值不同组合情况下，输出电压Uo的值。设二极管是理想的。,截止,截止,截止,截止,导通,导通,导通,导通,0,5,5,5,3、整流电路：将交流电压转换成脉动的直流电压。,例题：,单相桥式整流电路如图所示，电源US为正弦波电压，试绘出负载RL两端的电压波形，设二